0 序言

在求和型數列中,常用的方法是夾逼準則結合定積分知識,這部分內容我會在下一次筆記中更新,本篇主要是介紹一下對於一些特定求和型的數列,我們常見的求和公式以及對這些公式進行不同方法的推導,當作是課外知識的補充。

1 常見求和公式

【記憶】

其中,(3)有一個口訣是“前N個自然數的立方和等於其和的平方”;

(4)和(5)實際上是同一類,即等於最後一個項再往後乘一個數,然後除以項的個數,如(4)最後一項是 n(n+1) ,再往後一項就是 (n+2) ,項的個數就是3,就可以記住 frac{1}{3}n(n+1)(n+2) 瞭。看下面的推導方法1就可以深刻記住瞭!

2 公式推導

在這裡,我們是要在不知道求和後的公式情況下進行推導記憶,所以不會選擇數學歸納法法。 本篇利用的方法主要由兩種類型,一種是帶有一定技巧性但可以普遍使用的組合公式法,一種是不管三七二十一的暴力待定系數法。

【組合公式法】

這裡的核心公式是 C_{n}^{m-1}=C_{n+1}^{m}-C_{n}^{m} ,下面簡單推導一下:

主要針對公式(4)進行推導,因為(4)和(5)的推導思路是一樣的,由(4)和(5)通過公式的轉化也不難得到(2)和(3)。

下面來推導公式(4):

首先由上面的組合基本等式,可得

n(n+1) = A_{n+1}^{2} = A_{2}^{2}C_{n+1}^{2} = A_{2}^{2}(C_{n+2}^{3}-C_{n+1}^{3})

原式= A_{2}^{2}(C_{3}^{3}+C_{4}^{3}-C_{3}^{3}+…+C_{n+1}^{3}+C_{n+2}^{3}-C_{n+1}^{3})= A_{2}^{2}C_{n+2}^{3}

= frac{1}{3}n(n+1)(n+2)

同樣的思路可以推得(5)以及繼續增加項的式子和。

【待定系數法】

這種方法就比較簡單暴力瞭,記住一個規律,就是“通項為g個數相乘的數列求和,和的最高次冪不超過(g+1)”。

舉個例子,我們可以看到,在式子(4)中,通項是 n(n+1) ,即為2個數相乘,那麼它的數列和的最高次冪不超過3,這裡也就是n的3次方。

有瞭這個思路,那我們相求它的和就不管它什麼形式瞭,直接利用待定系數就完事瞭。

還是用(4)做例子進行推導:

S=an^{3}+bn^{2}+cn+d

我們可以將n引申到n=0,直接可得d=0,這也是為什麼所有公式都帶有n以及沒有常數項。

S=an^{3}+bn^{2}+cn

n=1,2,3 代進去,可得

S=frac{1}{3}n^{3}+n^{2}+frac{2}{3}n

= frac{1}{3}n(n+1)(n+2)